專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型復(fù)合材料軌枕的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其適用于鐵路線路中支撐鋼軌的復(fù)合材料軌枕。
背景技術(shù)：
軌枕的作用是承墊于鋼軌之下，通過(guò)相互連接零件保持兩股或多股鋼軌之間的軌距、水平、高低和方向等幾何形位，以及鋼軌所承受的各種載荷平均分布于道床基礎(chǔ)上。因此軌枕必須具有堅(jiān)固性、耐久性和彈性。在鐵路建設(shè)工程中，木材、鋼筋混凝土、鋼制和復(fù)合材料往往被用于支撐鐵路鐵軌的軌枕材料。公知的木枕由于它具有彈性好、易于加工、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在橋梁、道岔等特殊地段上得到廣泛使用。但由于取材的原因，木枕的強(qiáng)度和耐久不夠均勻，會(huì)加大輪軌動(dòng)力作 用，使得木枕的使用壽命短。在露天條件下受環(huán)境和氣候的影響，使木枕容易老化、腐朽及劈裂等，在施工過(guò)程中木枕防腐層一旦破壞，這種老化腐朽現(xiàn)象會(huì)明顯加劇。在長(zhǎng)期列車(chē)載荷的沖擊和碾壓下，易造成木枕機(jī)械磨損，縮短使用壽命，并引起彈性不一致。木枕上的道釘孔會(huì)因使用日久而松弛，持釘能力下降，造成行車(chē)安全隱患。另外，優(yōu)質(zhì)木材資源比較缺乏，木材原材料供應(yīng)量日益減小，也越來(lái)越不符合環(huán)保和生態(tài)保護(hù)要求。鋼筋混凝土軌枕也屬常用的軌枕，其克服了木制軌枕使用壽命短的缺陷，具有壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，但是由于該類(lèi)型軌枕硬度大，所以其彈性較差，消音減震效果也差，使用一段時(shí)間后容易出現(xiàn)裂紋的問(wèn)題，影響鐵路的安全運(yùn)營(yíng)。鋼制軌枕較之木制軌枕其重很大，體積笨重，使得其鋪設(shè)、養(yǎng)護(hù)維修以及運(yùn)輸都很不方便。而且鋼制軌枕的制造成本很高，不能被廣泛應(yīng)用。鋪設(shè)后與列車(chē)之間發(fā)生摩擦的噪音很大。此外，由于混凝土軌枕和鋼制軌枕自身的絕緣性比較差，因此鋼筋混凝土和鋼制軌枕在使用過(guò)程中還需進(jìn)行二次絕緣，特別是在電氣化線路中，絕緣性要求更高。另外，在制備原材料水泥和鋼筋過(guò)程中會(huì)排放大量的CO2，據(jù)報(bào)道，制備水泥和鋼筋過(guò)程中排放的CO2量分別為木軌枕的10倍和200倍，造成環(huán)境污染，不符合環(huán)保、低碳的要求。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前復(fù)合材料軌枕成為新興軌枕，特別是玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料軌枕，其具有彈性好，大大提高了軌道結(jié)構(gòu)的整體彈性，減小了列車(chē)行車(chē)行駛中對(duì)路基的振動(dòng)影響和對(duì)環(huán)境的噪音污染；絕緣性能好，對(duì)軌道電路不會(huì)產(chǎn)生任何影響，保證了列車(chē)的安全運(yùn)行；同時(shí)還具備耐水解、耐油脂的優(yōu)良特性，以及對(duì)風(fēng)化環(huán)境特有的耐候性。專(zhuān)利CN 101314931 A中介紹了一種纖維增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料軌枕，其主要不足之處在于，制造成本高，限制了其普遍應(yīng)用，目前只應(yīng)用于軌道交叉岔口、橋梁等特殊區(qū)。此夕卜，該復(fù)合材料枕木中玻璃纖維的排列均為單一的縱向排列，因此沒(méi)有設(shè)置剪切配筋的橫向位置容易因彎曲而導(dǎo)致層間剪切破壞，使得軌枕出現(xiàn)裂縫從而整體失效。該軌枕鋪設(shè)應(yīng)用時(shí)，若鋪在鐵軌上的道碴(碎石)側(cè)的表面與道碴部分接觸，當(dāng)列車(chē)通過(guò)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致道碴摩擦軌枕，使得軌枕受到磨損，從而縮短了其使用壽命。[0009]美國(guó)專(zhuān)利US 6605343 BI介紹了一種復(fù)合材料制成的枕木，該枕木也是以填充物和樹(shù)脂構(gòu)成內(nèi)芯材料，外層包裹玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料，其纖維也是單一的縱向排列，因此也存在由于軌枕受力彎曲時(shí)層間剪切破壞，從而導(dǎo)致軌枕整體失效。專(zhuān)利CN 101851880 A介紹了一種木質(zhì)內(nèi)芯復(fù)合材料軌枕，盡管其使用了木質(zhì)內(nèi)芯和玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂夾芯層在很大程度上節(jié)約了聚氨酯的使用量有效地解決了上述專(zhuān)利中制造成本高的問(wèn)題；在最外層使用玻璃纖維布，有效地提高了剪切強(qiáng)度，使其在受到彎曲應(yīng)力時(shí)不會(huì)出現(xiàn)層間剪切破壞，但其是木質(zhì)內(nèi)芯因由于取材的原因，木枕的強(qiáng)度和耐久不夠均勻，會(huì)加大輪軌動(dòng)力作用，并引起彈性不一致，使得木枕的使用壽命短。此夕卜，優(yōu)質(zhì)木材資源比較缺乏，木材原材料供應(yīng)量日益減小，價(jià)格也逐漸走高，也越來(lái)越不符 合環(huán)保和生態(tài)保護(hù)要求。專(zhuān)利CN 201756664 U介紹了一種用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂復(fù)合材料、木質(zhì)剩余物增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料或橡塑復(fù)合材料作為內(nèi)芯，外表層用多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)聚氨酯材料包裹。使用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯復(fù)合材料作為內(nèi)芯，盡管降低了成本，但其制造成本仍然相對(duì)較高，限制了其推廣使用；使用木質(zhì)剩余物增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料，其缺點(diǎn)在于，對(duì)伐木毀林有一定推動(dòng)作用，并且由于材料強(qiáng)度與加工性不好，僅僅限于擠出一些相對(duì)簡(jiǎn)單、強(qiáng)度不高的產(chǎn)品，同時(shí)又由于加工性不好導(dǎo)致的加工費(fèi)用高；使用橡塑復(fù)合材料，其缺點(diǎn)在于，橡塑復(fù)合材料是以廢舊輪胎或者回收塑料制得的復(fù)合材料，雖然可以降低制造成本，并且將廢舊輪胎和廢塑料回收利用，具有環(huán)保意義，但該產(chǎn)品回收工藝復(fù)雜，對(duì)于含鋼絲的子午線輪胎回收更復(fù)雜，此外上述原料來(lái)源不穩(wěn)定，輪胎所含成分也有差異，導(dǎo)致制成的橡塑復(fù)合材料批次間性能差異較大，引起不同批次產(chǎn)品彈性、強(qiáng)度不一致。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型解決的第一個(gè)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料軌枕中大量使用了聚氨酯材料所導(dǎo)致軌枕成本高的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種具有和聚氨酯復(fù)合材料軌枕性能完全相同、且造價(jià)低廉的復(fù)合材料軌枕。本實(shí)用新型解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料軌枕在鋪設(shè)應(yīng)用時(shí)，存在由于鋪在鐵軌上的道碴(碎石)側(cè)的表面與道碴部分導(dǎo)致接觸列車(chē)通過(guò)時(shí)道碴摩擦軌枕，使得軌枕受到磨損，從而縮短了其使用壽命的問(wèn)題。本實(shí)用新型解決的第三個(gè)技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)在技術(shù)中使用內(nèi)芯材料引起的材料彈性、強(qiáng)度不一致，價(jià)格較高問(wèn)題，進(jìn)而提供一種價(jià)格更低的復(fù)合材料軌枕。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種復(fù)合材料軌枕，包括內(nèi)芯和外表層。在所述內(nèi)芯外部纏繞有玻璃纖維粗紗增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂層，所述玻璃纖維粗紗增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂層上包裹經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理后并經(jīng)聚氨酯樹(shù)脂浸潤(rùn)玻璃纖維多軸向布和玻璃纖維粗紗的多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)聚氨酯樹(shù)脂層，所述多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)聚氨酯樹(shù)脂層上鋪放多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)無(wú)發(fā)泡樹(shù)脂外表層。軌枕內(nèi)芯材料為木塑復(fù)合材料。木塑復(fù)合材料內(nèi)芯的增強(qiáng)體為木屑、花生殼、麥殼、稻殼或各種農(nóng)作物秸桿等的一種或多種，增強(qiáng)體所占比例大于55 %。木塑復(fù)合材料內(nèi)芯的樹(shù)脂基體為聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的一種或多種。[0019]木塑復(fù)合材料內(nèi)芯制備過(guò)程中加入一定量的包覆劑、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑、吸濕劑，防老劑及其他助劑。木塑復(fù)合材料內(nèi)芯是經(jīng)熱擠壓成形的木塑復(fù)合材料。內(nèi)芯厚度為60-200_，所述的玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂層厚度為5-15_，所述多軸向玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯樹(shù)脂層的厚度為10_30mm，所述的多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)無(wú)發(fā)泡樹(shù)脂外表層的厚度為l_5mm。不飽和聚酯樹(shù)脂為鄰苯二甲酸型、間苯二四酸型或環(huán)氧雙酚A型不飽和聚酯樹(shù)脂的溶解液的一種。玻璃纖維多軸向布為無(wú)堿玻璃纖維雙軸向、三軸向或者四軸向布的一種或多種。無(wú)發(fā)泡樹(shù)脂由多元醇和異氰酸酯配置而成。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)I)該軌枕由于采用木塑復(fù)合材料作為內(nèi)芯材料，所以在很大程度上節(jié)約了聚氨酯的使用量，在保證軌枕性能的前提下很大程度上降低了該類(lèi)型復(fù)合材料軌枕的成本。2)該軌枕由于使用多軸向玻璃纖維布，實(shí)現(xiàn)了在軌枕多個(gè)方向的剪力配制，從而避免了軌枕在受力彎曲時(shí)出現(xiàn)層間剪切破壞。3)該軌枕使用多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)無(wú)發(fā)泡樹(shù)脂復(fù)合材料作為外表層，有效的解決了聚氨酯復(fù)合材料軌枕與道碴(碎石)由于摩擦引起磨損問(wèn)題，大大延長(zhǎng)了其使用壽命。4)該軌枕使用了玻璃纖維粗紗增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂和玻璃纖維多軸向布、粗紗增強(qiáng)聚氨酯樹(shù)脂復(fù)合材料形成了減震層，因此該軌枕可以很好的吸收噪音。

圖I是本實(shí)用新型所述復(fù)合材料軌枕的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖I中各標(biāo)號(hào)分別表示為1_木塑復(fù)合材料內(nèi)芯；2_玻璃纖維粗紗增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂層；3_多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)聚氨酯樹(shù)脂層；4_多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)無(wú)發(fā)泡樹(shù)脂外表層。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，不用于限定本實(shí)用新型。實(shí)施例制備高鐵專(zhuān)用復(fù)合材料軌枕材料所需原材料如下聚乙烯回收再生料、聚丙烯回收再生料；農(nóng)作物秸桿；包覆劑；潤(rùn)滑劑；偶聯(lián)劑；吸濕劑；防老劑；其他助劑；玻璃纖維粗紗；三軸向玻璃纖維布；硅烷偶聯(lián)劑；苯乙烯；不飽和聚酯樹(shù)脂；三元醇；異氰酸酯；發(fā)泡酯；本實(shí)用新型的具體步驟是制備木塑復(fù)合材料內(nèi)芯。按照以下重量比例稱(chēng)量，聚乙烯13.0%、聚丙烯12. 0%、農(nóng)作物秸桿59%、包覆劑2. 8%、潤(rùn)滑劑1. 2%、偶聯(lián)劑5. 5%、吸濕劑3. 0%、防老劑2. 5%、其他助劑1. 0%。稱(chēng)量后在混料機(jī)中低速混合，使原材料均勻，無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象；然后經(jīng)熱擠壓成型形成木塑復(fù)合材料。并加工成長(zhǎng)為4000mm、寬為150mm、高為180mm的規(guī)格。配制聚氨酯樹(shù)脂和無(wú)發(fā)泡樹(shù)脂等將重量比例為31. 0%的三元醇、68. 5%的異氰酸酯和O. 5%的發(fā)泡劑混合配制得到聚氨酯樹(shù)脂；將28. O %的三元醇、65. O %的異氰酸酯和7.0%的阻燃劑(阻燃劑為甲基膦酸二甲酯)混合配制得到無(wú)發(fā)泡樹(shù)脂。不飽和聚酯樹(shù)脂選用HR-101型纏繞用不飽和聚酯樹(shù)脂。將玻璃纖維粗紗在配制好的不飽和聚樹(shù)脂中浸潰沿縱向?qū)χ苽浜玫哪舅軓?fù)合材料內(nèi)芯I上纏繞，厚度為8_，形成玻璃纖維粗紗增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂層2。將三軸向玻璃纖維布經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑表面處理后經(jīng)配制好的聚氨酯浸潰后包裹于玻璃纖維粗紗增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂層2外部，形成多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)聚氨酯樹(shù)脂層3，厚度為20mm ;將三軸向玻璃纖維布經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑表面處理后經(jīng)配制好的無(wú)發(fā)泡樹(shù)脂浸潰后包裹于多軸向玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯樹(shù)脂層3外部，厚度為3mm，形成多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)無(wú)發(fā)泡樹(shù)脂外表層4，即可得到本實(shí)用新型的復(fù)合材料軌枕。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合材料軌枕，包括內(nèi)芯和外表層，其特征在于在所述內(nèi)芯外部纏繞有玻璃纖維粗紗增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂層，所述玻璃纖維粗紗增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂層上包裹經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理后并經(jīng)聚氨酯樹(shù)脂浸潤(rùn)玻璃纖維多軸向布和玻璃纖維粗紗的多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)聚氨酯樹(shù)脂層，所述多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)聚氨酯樹(shù)脂層上鋪放多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)無(wú)發(fā)泡樹(shù)脂外表層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)合材料軌枕，其特征在于所述軌枕內(nèi)芯材料為木塑復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種復(fù)合材料軌枕，其特征在于所述的木塑復(fù)合材料內(nèi)芯的增強(qiáng)體為木屑、花生殼、麥殼、稻殼或各種農(nóng)作物秸桿等的一種或多種，增強(qiáng)體所占比例大于55% ο
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種復(fù)合材料軌枕，其特征在于所述的木塑復(fù)合材料內(nèi)芯的樹(shù)脂基體為聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種復(fù)合材料軌枕，其特征在于所述的木塑復(fù)合材料內(nèi)芯制備過(guò)程中加入一定量的包覆劑、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑、吸濕劑，防老劑及其他助劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種復(fù)合材料軌枕，其特征在于所述的木塑復(fù)合材料內(nèi)芯是經(jīng)熱擠壓成形的木塑復(fù)合材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6任一所述的一種復(fù)合材料軌枕，其特征在于所述內(nèi)芯厚度為60-200mm，所述的玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂層厚度為5_15mm，所述多軸向玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯樹(shù)脂層的厚度為10_30mm，所述的多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)無(wú)發(fā)泡樹(shù)脂外表層的厚度為l-5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至6任一所述的一種復(fù)合材料軌枕，其特征在于所述的不飽和聚酯樹(shù)脂為鄰苯二甲酸型、間苯二四酸型或環(huán)氧雙酚A型不飽和聚酯樹(shù)脂的溶解液的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至6任一所述的一種復(fù)合材料軌枕，其特征在于所述的玻璃纖維多軸向布為無(wú)堿玻璃纖維雙軸向、三軸向或者四軸向布的一種或多種。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至6任一所述的一種復(fù)合材料軌枕，其特征在于所述的無(wú)發(fā)泡樹(shù)脂由多元醇和異氰酸酯配置而成。
專(zhuān)利摘要一種可用于支撐鐵路鋼軌的復(fù)合材料軌枕，軌枕內(nèi)芯材料為木塑復(fù)合材料，在所述木塑復(fù)合材料內(nèi)芯外部纏繞有經(jīng)不飽和聚酯樹(shù)脂浸潤(rùn)的玻璃纖維粗紗，然后用經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理后并經(jīng)聚氨酯樹(shù)脂浸潤(rùn)后的玻璃纖維多軸向布和玻璃纖維粗紗包裹，外表層用多軸向玻璃纖維布增強(qiáng)無(wú)發(fā)泡樹(shù)脂材料。本實(shí)用新型在很大程度上節(jié)約了聚氨酯樹(shù)脂的使用量，降低了成本，避免了軌枕在受力彎曲時(shí)出現(xiàn)層間剪切破壞，同時(shí)有效的解決了聚氨酯復(fù)合材料軌枕與道碴(碎石)由于摩擦引起磨損問(wèn)題，大大延長(zhǎng)了其使用壽命。此外，本實(shí)用新型還具有很好的吸收噪音和減震性能。
文檔編號(hào)B32B1/00GK202671979SQ20122033906
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者嚴(yán)科飛, 任偉華 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古金崗重工有限公司